水产养殖自动化范文

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中图分类号：S951.2 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2013）08-0001-04

物联网是物联化、互联化、智能化的网络，能够将信息的获取延伸到池塘的每一个角落，并通过信息网络实现更广域的互联互通[1]。农业物联网是物联网技术在农业生产、经营、管理和服务中的具体应用。物联网技术正在逐步改变传统水产养殖业亲自到池塘边进行观察、采集、检测获取环境信息和现场管理的模式。传统模式不但耗时长，还会造成生产措施的延后，造成一定的经济损失。本文提出并构建了水产养殖生产过程中的4个系统：水产养殖环境监控系统、水产品健康养殖智能化管理系统、水产养殖对象个体行为视频监测系统、“气象预报式”信息服务系统。其中，水产养殖环境监控系统是对养殖环境的测控；水产品健康养殖智能化管理系统可以进行精细投喂和水产品的疾病诊断；水产养殖对象个体行为视频监测系统可以对水产品个体行为进行远程测控，进行动物行为诊断；“气象预报式”信息服务系统可以为水产养殖进行天气预报式的预测和采取防范措施。水产物联网可以有效解决传统水产养殖在养殖业中的不足，实现降低养殖风险、提高水产质量和水质的目标。

1我国水产养殖现状与对物联网技术的需求

我国是水产养殖大国，同时又是一个水产弱国。水产养殖业主要沿用消耗大量资源和粗放式经营的传统方式[2]。水产养殖产量占到了全世界的73%。养殖过程中不合理投喂和用药极大地恶化了水质环境，影响水产品质量，加剧水产病害的发生，使得水产品质量安全、水环境污染、养殖风险等问题非常严重[3]。同时，缺少水产养殖规范，虽然农业部制定了一批无公害水产养殖的规范，但是由于我国水产养殖的现状无法确切地执行，导致养殖过程中无法按照标准规程实行喂养、渔药等[4]。

当前在水产养殖过程中对物联网技术的需求突出表现在以下4个方面：①水产品养殖场缺乏有效信息监测技术和手段，水质在线监测和控制水平低，实现对水质和环境信息的实时在线监测、水质异常报警与预警等是迫切需求；②国内水产养殖相关传感器应用较多，但存在稳定性差、准确性低、维护成本较高的问题；③水产品病害发生情况严重，相关技术人员缺乏，实现水产品精细喂养与疾病预测、建设水产品健康养殖智能化管理系统将在一定程度上解决这个问题；④目前尽管有农业网站、农林电视节目等资源，但没有将信息充分整合到一起，养殖户也缺乏“天气预报式”的服务。

2水产养殖物联网系统总体架构（图1）

针对水产品养殖场缺乏有效信息监测技术和手段，水质在线监测和控制水平低等问题，采用智能水质传感器、无线传感网、3G、IPV6、智能控制等技术，建设水产养殖环境监控系统，实现对水质和环境信息的实时在线监测、水质异常报警与预警，通过无线传感网、互联网、通信网等信息传输通道，以计算机、手机等不同的终端设备，将水质异常报警信息及水质预警信息及时通知养殖管理人员和专业技术人员。同时根据水质监测结果，实时调整控制措施，自动启动增氧机等控制设备，保持水质稳定，为水产品创造健康的水质环境，确保水产品养殖的环境安全。

2.1水产养殖环境监控系统

主要包括以下几个方面的建设内容：

2.1.1基于智能感知技术的水质及环境信息智能感知技术采用具有自识别、自标定、自校正、自动补偿功能的智能传感器，对水质和环境信息进行实时采集，全面感知养殖环境的实际情况。

2.1.2基于无线传感器网络的水质及环境信息无线传输技术当前无线传感网络对环境的监控基本处于成熟阶段[5，6]，可运用无线通信技术、嵌入式测控技术和计算机技术，实现短距离通讯和无线通信；研制系列无线采集节点、无线控制节点和无线监控中心，开发无线网络管理软件，构建适合集约化水产养殖应用的水质及环境信息无线传输系统，将有效解决水产养殖领域应用覆盖范围大、能耗约束强、环境恶劣和维护能力差等条件下信息的可靠传输难题。

2.1.3水质管理决策模型建设水质好坏影响水产品的生长速度和健康水平，最终影响水产品的质量，严重的会导致水产养殖的重大损失。养殖环境信息、水质信息、养殖措施和养殖生物量间的定量关系描述是水产养殖数字化、精细化管理的前提和难题。本系统将根据气温对水温的影响，饵料及水产品的代谢物对养殖水体pH值的影响，养殖密度对日增重量、日生长量和成活率的影响，水体增氧对养殖水体中溶氧量和氨氮的影响，氨氮、亚硝态氮对化学需氧量（COD）的影响，氨氮、亚硝态氮对葡萄糖吸收能力的影响，残饵、粪便对水质的影响等，建立水质参数预测、生物增长等系列定量关系动力学模型，解决水质动态预测问题，为水质预警控制、饲料投喂和疾病预防预警提供数据支持。

2.1.4基于智能控制技术的环境设备控制技术针对现有养殖设备（如增氧机）工作效率低、能耗高、难以用精确数学模型描述等问题，通过分析研究控制措施与参数动态变化规律，动态调整环境控制措施，实现养殖设备的智能控制，以降低能量消耗，节约成本。

2.2水产品健康养殖智能化管理系统

整合水产品精细喂养与疾病预测、诊断决策等子系统，建设水产品健康养殖智能化管理系统，形成一套包括硬件装置和软件系统的集约化水产养殖场健康养殖数字化平台，实现水产养殖全过程可视化、自动化、科学化管理。主要建设内容包括：

2.2.1水产品精细投喂智能决策系统依水产品在各养殖阶段营养成分需求，根据各养殖品种长度与重量的关系，光照度、水温、溶氧量、养殖密度等因素与鱼饵料营养成分的吸收能力、饵料摄取量的关系，借助养殖专家经验建立不同养殖品种的生长阶段与投喂率、投喂量间定量关系模型。利用数据库建库技术，对水产品精细饲养相关的环境、群体信息进行管理，建立适合不同水产品的精细投喂决策系统，解决喂什么、喂多少、喂几次等精细喂养问题，精细投喂系统也可以为水产品质量追溯提供基础数据。

2.2.2自动化投饲系统利用监控软件和网络技术，通过局域网、手机等工具，实现远程异地监控。在人员不在养殖现场的情况下，能实时掌握投料情况、养殖产品的进食情况。利用远程控制系统，进行定时定量精准投喂控制，实现自动化定时精准投料养殖，减少饲料损耗。在相对集中的养殖场所建立监控平台，在零星养殖场所可通过手机进行监控。

2.2.3水产品疾病诊治系统水产品用药很多，要对症下药才可以[7]。从水产品疾病早预防、早诊治的角度出发，在对气候环境、水环境和病源与水产品疾病发生关系研究的基础上，确定各类病因预警指标及其对疾病发生影响的可能程度，建立水产品预警指标体系，根据预警指标的等级和疾病的危害程度，建立水产品疾病预警模型；建立疾病诊断推理网络关系模型，建立水产品典型病虫害图像特征数据库，实现水产品疾病的早预防、及时预警和精确诊治。

2.3水产养殖对象个体行为视频监测系统

养殖场视频监控系统主要实现对水产品养殖环境的远程监测管理。现代水产养殖场采用全封闭管理方式，有利于水产品的安全生产，可有效杜绝外界环境对水产品的不利影响，为了方便外界人员观看水产品养殖加工的实时情况，在水产养殖及加工场地内设置可移动的监控设备，利用视频摄像头的动态可视化特点，将水产养殖及生产加工环节予以实时监控。主要建设内容包括：

①水产环境视频采集系统，实现现场环境的采集功能；②传输系统；③远程监测系统；④移动终端，通过手机等移动终端可以异地监测水产养殖场的情况。

2.4“气象预报式”信息服务系统

整合当地热线、农业信息网站资源等的水产养殖技术、水产养殖行业新闻及市场动态信息，利用网格技术、数据库异构分布技术、中间件技术、云计算技术、人工智能等技术充分融合现有的水产信息资源，采用三网融合技术，为养殖企业和养殖户提供水产养殖信息服务，解决生产管理、养殖技术推广、市场信息服务等问题。采用手机报、惠农短信、农林电视节目等信息技术手段，为养殖户提供适时的水质环境预测预报、应急防范、技术咨询服务。

3物联网技术在水产养殖方面的应用前景

虽然当前物联网在水产养殖中还未广泛应用，仅处于试验阶段，但江苏无锡市山区鹅湖镇物联网智能养鱼、苏州昆山阳澄湖渔业产业园、金坛长荡湖渔业科技示范园[8]、无锡宜兴物联网养螃蟹[9]等实验区均取得了可喜的成果，说明物联网在水产养殖方面发展潜力巨大，通过物联网技术支持，水产养殖会发展得更快。物联网是我国未来几年的重点发展产业，得到了政府的大力支持[10]，物联网技术也将在“十二五”期间快速发展，技术体系会更加完善，相关的政策会更加健全。

“十二五”规划中对水产养殖业、增殖渔业、捕捞业、加工业和休闲渔业五大产业体系做出了详细规定。其中，水产养殖在产业中所占比重被再度要求加重[11]。这就要求水产养殖向高密度、集约化发展，这就需要水产物联网技术的支持，在保持水环境质量的基础上，实行标准化养殖，对水产养殖的过程进行全程监控，保证水产养殖的规范化、标准化。水产养殖在物联网技术的支持下将会得到更快的发展。

4结语

建立水产养殖物联网系统是现代水产养殖的必然趋势。该系统可以对水产养殖过程进行测控，成为水产养殖的“管家”[12]；还可以对水产环境变化、水质状况进行监测，并准确投喂，及时增氧，对可能出现的水产疾病进行预报，及时采取措施；还可完善水产养殖生产技术，保证养殖生态系统的良性循环，进一步提高水产品质量，应对劳动力成本上升，最终可获得更好的社会效益、经济效益和生态效益。

参考文献：

[1]杨浩，古雄，孟庆民.面向水产养殖应用的物联网网关研究与设计[J].科技视界，2012，28：26-27.

[2]李道亮，王剑秦，段青玲，等.集约化水产养殖数字化系统研究[J].中国科技成果，2008，2：8-11.

[3]涂桂萍.物联网技术在现代渔业中的应用初探[J].渔业致富指南，2013，1：14-15.

[4]邓国艳，周仙.浅谈无公害水产养殖的现状与对策[J].水产科技，2005，4：25-27.

[5]张宇斯，何道婷.基于物联网技术的大东湖生态水网水质环境监测系统的研究[J].社科论坛，2012，7：312-316.

[6]尚明华，秦磊磊，黎香兰，等.温室环境信息无线监控系统设计与应用[J].山东农业科学，2012，44（10）：19-24.

[7]房元喧，王松刚.规范用药健康养殖 保障水产品质量安全[J].科学养鱼，2013，2：89.

[8]宋迁红.安徽巢湖市示范应用水产养殖物联网技术[J].科学养鱼，2012，11：48.

[9]孙小和，程启婕，赵伟.“开心池塘”养螃蟹物联网里话丰年江苏宜兴高塍物联网水产养殖基地探秘[J].通信企业管理，2011，12：52-53.

篇2

我国的水产动物营养与饲料的研究起步较晚，其教育则起步更晚。水产动物营养与饲料学只有二十多年的历史，但在这短短的二十多年中却发展很快。笔者经历了该课程的发展过程，根据所掌握的资料对其发展历史做一概述，希望对以后有关资料的整理有一定的参考价值。

一、饲料在水产养殖中的重要性

我国的水产养殖已有三千多年的历史，在长期的养殖生产中，劳动人民积累了丰富的实践经验。1958年，我国水产科技工作者总结了过去的丰富经验，归纳出了“水、种、饵、混、密、轮、防、管”八字精养法。在该精养法中，“水、种、饵”三个方面是构成水产养殖的基本要素，缺一不可。水产养殖的过程实际上就是“饵”在“水”中通过“种”转化为水产品的过程，“饵”是水产养殖的物质基础。

二、水产动物营养与配合饲料的发展简介

20世纪50年代初，美国西部营养研究所J.E.Halver等人进行对虹鳟的营养和代谢基础的研究。这是全世界第一次用配合饲料养殖虹鳟并获得成功的案例，由此带动了世界各国对鱼类营养和配合饲料的研究。我国在这方面的研究起始于20世纪50年代末，但六七十年代没有坚持下来。改革开放之后，这方面的研究才真正开展起来。鱼类营养与配合饲料的研究，也带动了甲壳动物等其他水产动物营养与配合饲料的研究。水产动物营养与配合饲料的研究促进了配合饲料的生产和水产养殖的生产，水产动物营养与配合饲料的研究和生产也促进了水产动物营养与饲料学课程的产生和发展。

三、课程设立的历史背景

随着社会的发展和人们生活水平的提高，人们对水产品的数量和质量的要求越来越多，这就要求水产养殖工作者在较短的时间内生产出量多质优的水产品。在当时，“八字精养法”中的“七字”（即七个方面）已经达到了相当高的水平，而“饵”成了限制高产的瓶颈。要想实现高产高效，必须解决饲料的问题。当时研究水产动物营养与饲料的人很少，这就给水产动物配合饲料的研究、生产和普及造成了很大的困难。为解决这一问题，在20世纪80年代后期，各水产院校相继将该课程列入教学计划。

四、讲课内容

在本课程的开设初期，我国的专业设置不一致，有的学校设置水产养殖专业（包括淡水和海水），有的学校设置淡水渔业专业，有的学校设置海水养殖专业，也有的学校同时设置淡水渔业和海水养殖两个专业。海水养殖专业主要讲授鲜活饲料的培养，如单胞藻、轮虫、卤虫等的培养。配合饲料所占分量较少，其中主要是虾蟹的配合饲料。淡水渔业专业则主要讲授淡水鱼的营养与配合饲料。水产养殖专业则只讲授淡、海水动物的营养与配合饲料。课程名字也不同，20世纪90年代中期开始，有学校将其改为现在的名字，到了90年代末期，很多学校将淡水渔业专业和海水养殖专业合并为水产养殖专业，此名也在大多数学校使用了。

1.营养部分

在本课程开设初期，我国对本土的水产动物的营养素需求的研究很少，相应的规律也没归纳出来。所以，这部分内容主要是理论性知识。随着我国在这方面研究的深入，在2000年前后，一些规律性的东西也逐渐显现出来了。尽管以后还会不断发展，但总的来看这部分内容已趋向成熟。

篇3

农业物联网关键性技术

农业物联网被划分为三个层次——信息感知层、信息传输层和信息应用层。基于这个层次划分，可以将物联网关键性技术概括为对应的三大类：

（一）信息感知技术

它应用于信息感知层，是物联网链条上最基础的环节，由各种传感器节点组成，主要涉及传感器技术、RFID技术、GPS技术等。在水产养殖业中，传感器技术被用于测定光照度、水体温度、溶解氧、ph值、氨氮含量、浊度等参数，而这些参数指标都会对养殖对象的生长发育、繁殖周期、产量及质量等方面产生重要的影响。RFID技术（RadioFrequencyIdentification）即射频识别，俗称电子标签，是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关的数据，主要应用于水产品的质量追溯。GPS技术则是基于新一代的卫星导航与定位系统，可以进行海、陆、空全方位的、实时的三维导航和定位，具备自动化、高精度、高效益等显著特点。在渔业中，GPS技术可以应用于水产品物流销售环节及质量保障体系，对养殖情况、产量、产品流向等进行实时描述和跟踪。

（二）信息传输技术

它应用于物联网信息传输层，是信息传输的必经路径。传感器通过有线或无线方式，根据多种通信协议向局域网、广域网所获取的各类数据。目前运用最广泛的是无线传感网络（WSN），它是以无线通信方式形成的一个自组织的网络系统，由部署在监测区域内大量的传感器节点组成，负责采集和发送网络覆盖区域中被感知对象的信息。

（三）信息处理技术

它是实现渔业自动化控制的基础，主要涉及云计算、专家系统、决策支持、地理信息系统等，应用于信息应用系统，负责对数据进行融合与处理，帮助信息使用者做出科学的管理决策，从而对农业生产过程进行有效控制。其中，云计算（CloudComputing）是指将计算任务分布在大量由计算机构成的资源池上，使各种应用系统能够根据需要获取存储空间和计算能力，以提供各种软件服务。专家系统（ExpertSystem，简称ES）指运用特定领域的专业知识，通过推理来模拟人类专家，解决各种具体而复杂问题的计算机智能程序系统。决策支持系统（DecisionSupportSystem，简称DSS）是通过数据、相关模型及知识，以人机交互方式来辅助决策者进行半结构化或非结构化决策的一种计算机应用系统。地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层（包括大气层）空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算以及分析等运用的技术系统，属于一种特定的重要空间信息系统，主要用于空间信息数据库和进行空间信息的地理统计处理、图形转换与表达等，在渔业上可运用于质量追溯、物流跟踪等方面。目前，智能信息处理技术研究内容主要包括4个方面：1、人工智能的理论研究。它包括信息获取的形式化方法、海量信息处理的理论、方法、机器学习以及模式识别等。2、人——机交互技术与系统研究，即声音、视频、图形以及文字处理等。3、智能控制技术与系统研究。通过智能化手段，以实现人与物、物与物之间的互动与联系，如可以准确地对目标进行定位和跟踪等。4、智能信号处理的研究，具体包括信息特征识别和数据融合技术。

渔业物联网的应用意义

大力发展渔业信息化，推动信息技术与传统渔业深度融合，不断提高渔业生产经营的标准化、智能化、集约化、产业化和组织化水平，努力提升资源利用率、劳动生产率和经营管理效率，是我国渔业突破资源环境约束、实现发展方式转变和产业升级的重要出路。渔业物联网作为渔业信息化的一项关键技术，在产业发展中的应用已经起步，技术示范和应用的实践证明，渔业物联网技术可以有效地实现从手工操作向智能自动化操作转变，从粗放型、资源消耗型、数量型向精准型、资源节约型、质量型发展方向转变，对促进水产养殖集约、高效、生态和可持续发展具有重大意义。其主要作用表现在以下几点:

（一）降低人工成本

通过物联网技术和远程控制终端设备，实现了养殖设备运行的自动化和智能化。养殖人员可以随时随地获取养殖的相关信息，不必亲临现场就能实现24小时不间断地对多项指标进行实时监控，简化了日常养殖管理工作，节省了劳动力，降低了劳动强度。案例：湖北省洪湖市六合水产开发有限公司第一期建成的水产养殖物联网示范基地面积1500亩，安装了水产养殖生产环节视频监控管理系统和水质在线监测系统两个组成部分。包含8个子系统：基地视频监控管理系统、物联网监控总部总控中心和养殖基地分控中心、水质传感器采集系统、大型自动气象宏观环境监测系统、水产养殖智能化控制系统、告警子系统、防雷系统和通讯无线系统。主要示范特色养殖和蟹苗培育。经过养殖基地管理人员实验，该技术的使用，降低劳动量40%。

（二）提高经济效益

借助于相关养殖模型（如最佳养殖参数模型等）、疾病预测预警系统、专家知识库系统等，养殖人员可以更加科学合理地控制饲料的投喂量，并及时预防和控制各种疾病灾害，有效提高了经济效益。案例：安徽张林渔业有限公司建有标准化鱼塘31个，循环流水生产池5个，养殖水面达325亩，是农业部健康养殖示范场。主养黄颡鱼和翘嘴红鲌。2014年6月起，示范应用水产物联网技术，使用物联网智能投饵技术，减少饲料浪费15%；使用物联网智能增氧技术，减少电费20%，使用物联网水质在线监测技术，提高成活率30%。

（三）减少水产养殖污染

通过物联网技术的运用可以合理控制水质相关参数指标和饲料的投喂量等等，有效降低投入品消耗，减少水体污染物排放。案例：江苏泗洪县金水特种水产养殖有限公司养殖面积1.35万亩。养殖品种以河蟹为主。2013年相继完成了养殖基地的水质在线监测物联网系统，养殖过程中药物使用量降低了30%，降低了饲料投喂量，减少了因养殖水体排放对环境造成的污染，降低了养殖风险。（四）提高管理效率随着物联网的不断发展，水产养殖生产中的相关信息可以实时、快速、便捷的收集、获取和分析利用，广泛应用于水产养殖生产环境监测、生产信息管理、产品销售、质量安全追溯、加工运输、信息查询及服务等方面，有利于提高管理效率。

渔业物联网的示范与应用

（一）养殖水质环境自动监测和智能控制

良好的水质是水产养殖的必要条件，它紧密关系着水产养殖的产量、质量以及经济效益。同时，水产养殖水质环境的管理决定着水产养殖集约化程度。养殖水质环境因素主要包括水温、溶解氧、盐度、PH值、氨氮含量和浊度等。借助于各式传感器，养殖户可以实时获取水质环境的相关参数。同时，基于智能传感、无线传感网、通信、智能处理等物联网技术，可以实现集水质环境参数在线采集、无线传输、远程与自动控制等功能于一体的水产养殖物联网系统，使养殖户可以通过手机、PDA、计算机等信息终端，随时随地掌握养殖水质环境信息，并可以根据水质监测结果实时调整控制设备，进行科学水产养殖与管理。

（二）智能投喂和疾病预警诊断

就水产养殖而言，饲料的科学投喂无论是对养殖对象的良好生长、人类的健康饮食，还是生态环境的保护都具有重要意义。投喂量不足或者饲料搭配不合理必然会影响水生动物对饲料营养的需求，阻碍其正常的代谢繁殖，同时还会导致疾病发病率增高。不仅提升了养殖成本，还给水产品的质量安全带来一定的隐患。饲料投喂过度，则会造成水体环境的恶化，对生态环境造成污染。基于物联网、云计算、大数据等现代信息技术的运用，可建立起水产养殖精细投喂系统，对养殖模式、养殖环节、每日投喂量、投喂次数及投喂时段等进行最优化。根据传感器实时采集的相关数据，如光照、水温、溶氧量、浊度、氨氮等，可分析养殖环境因素与饲料摄取量之间的关系，以及不同养殖品种各生长阶段对营养成分的需求情况，从而建立起养殖对象在不同生长阶段的最佳投喂模式，实现按需投喂、最优化养殖。在疾病预警预测部分，可利用采集的数据对水环境趋势进行预测。通过调查和参考有关专家的意见，确定水质参数的各种边界值（如无警、中警、重警的边界点），进而可以确定每个警级的区间并进行预警。这样，养殖户便可以在第一时间获取相关养殖环境信息并及时作出处理，起到预防作用。此外，还可建立相关的疾病诊断和决策系统，针对养殖户在实际养殖生产过程中出现的病害症状进行分析，并提供相应的解决办法和处理措施。通过知识库和专家库的建立，实现资源和信息的共享及利用。一方面可以随时查询关于水产养殖的有关知识，包括水产品品种常见疾病及症状、对应处理措施以及药品信息等；另一方面还可通过与专家的在线沟通互动，及时获取相关帮助与服务。

（三）全程质量追溯和数字化

养殖管理可追溯是指通过记录的标识，对某个实体的历史、用途或者位置给予追踪的能力。水产品的质量安全可追溯主要是基于射频识别、条形码及温度传感等先进技术的应用，通过唯一的、可识别的码，对水产品从育苗、养殖、加工到物流以及销售的全过程进行信息化的管理，实现对水产品整条产业链信息的快速识别与溯源管理。水产品全过程质量追溯可具体分为以下几个系统：1.水产品智能养殖管理系统。主要针对养殖饲料的投喂、药品的使用、水产品的出入库的登记管理等；2.水产品加工管理系统。包括登记和管理水产品的来源信息、相关检疫信息和加工后的出厂信息等。3.水产品冷链物流管理系统。通过RFID温度采集标签和无线网络服务终端，采集和读取在物流过程中的水产品相关信息，并进行传输和储存。4.水产品交易零售管理系统。主要记录水产品的卖方、买方、交易场所、交易时间、交易价格等信息。5.水产品溯源查询系统。通过建立水产品质量查询追溯平台，消费者可根据购买凭证，查询到水产品从生产到销售各个环节的相关信息。

渔业物联网发展的相关思考

（一）渔业物联网发展的目标用以物联网为核心的信息技术改造、融合、渗透渔业，促进产业升级和现代渔业建设。具体的分析有以下几个具体目标。1.物联网技术和关键产品要国产化。2.降低物联网技术系统和产品的价格。3.熟化技术和产品，不断提高质量，整体技术和应用走入世界前列。4.主要通过市场对基础资源的配置作用，形成研发、制造、应用服务的渔业物联网产业。5.通过物联网技术的应用，养殖户普遍降本、减耗、增效。

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互联网促进水产养殖升级

有国外的学者认为，传统养鱼大多依赖于人工与外部环境条件，而利用大数据、云平台等互联网技术，不仅可以实现集约化养鱼，更可实现智能喂养。在“互联网+”时代，可以实现用技术替代经营，可以精确根据水温、氧饱和度等参数，进行科学、精准的投料，使喂养时间能够与氧气含量协调，减少喂食期间耗氧量的增加。

中国农业大学教授李道亮认为，当前我国水产养殖业正处于传统渔业向现代渔业转型升级的关键时期，采用物联网技术实行标准化、信息化、自动化养殖是解决水产养殖业效率低下、环境恶化、病害频发等难题的根本途径。但他同时提出，“水产养殖的物联网产业化，依然面临产业化程度低、大型企业介入少等问题。”

在四川双流县金桥镇临江村的红石渔业养殖专业合作社的“通威365”健康养殖示范场，一个鱼池接着一个鱼池，但养殖人员看上去却很悠闲。“现在养鱼，靠一部手机就搞定了”。该社理事长张其年表示，由于整个鱼塘都通过互联网与服务器连接在一起，从水质到水温、从天气到监控，都可以通过手机来完成。

“增氧设备可以通过手机按键来控制，鱼塘号码很明确，需要哪个开启，直接通过短信的形式来控制就好。”张其年告诉记者：“而且只要打开视频软件，渔场基地的每一个角落都看得清清楚楚。由于我要经常在县内外各地奔波，没有时间管理鱼塘，县水产渔政管理站推荐了一个手机养鱼模式。有了手机养鱼‘神器’，不仅方便，而且效益大大提高。”

据了解，张其年使用手机养鱼，由于节约管理成本，管理及时，其鱼塘每亩利润增加了1000多元，增幅约50%。

而这就是“互联网+”与渔业的完美结合。据通威股份信息部部长饶勇介绍，通威目前已经初步实现了3G、4G监控解决人工巡塘的问题，同时也利用在线物联网等技术，进行鱼塘溶氧和水质监测和自动投喂控制。除了在水产养殖阶段的“互联网+”，营销阶段的“互联网+”更明显。记者了解到，近期通威推出了“通威鱼认养”模式，通过移动互联网拉近用户与养殖的关系。用户认养之后，即可手机实时查询鱼的生长动态、水质的实时数据、鱼的饲喂情况等，以实现养殖过程的全程透明、可追溯，真正实现健康、安全、放心的消费。

“互联网+渔业” 思维很重要

近年来，在有关科研单位和渔业企业的努力下，智能化技术已应用于生产过程，大大提高了养殖效益和管理水平，并在全国掀起了智能化养殖热。许多地区建立了智能化养殖管理平台，一些养殖企业实现了智能化养殖。如天津在全市主要水产养殖企业建立了智能化养殖管理系统，并建立了覆盖全市主要养殖企业的管理网络。另外，在北京、广东、上海、浙江、江苏、内蒙、河南、宁夏等地区也有大批企业开展了智能化养殖系统建设，发挥出明显的增产增效作用。随着智能化养殖的广泛推广，可以全面提升我国的水产养殖水平，促进渔业转型升级和生产方式转变，实现渔业现代化。

作为传统产业，中国渔业面对的转型升级，不单是抓住电商这根救命稻草。渔业作为大农业中的分支产业，无论是顶层设计、发展模式、成长质量，从宏观到中观到微观，都存在着严重的结构性缺陷。

野蛮、粗放的制造到价值产品、价值品类、价值品牌、价值产业的智造与锻造，依靠消费互联网的上线售卖或者推广传播，解决不了渔业转型升级的根本问题，解决不了水产企业产品体系更新、渠道终端重构、推广策略精准等根本问题。

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引言

中国是水产品消费的大国，水产的养殖量占据全球的65%左右。随着工业的高速发展，水污染与水资源短缺状况越来越严重，这也使水产养殖品质得不到有效保障，严重阻碍了水产养殖的进一步发展，因此改善养殖的环境，使水产养殖业从“粗放型”向“精细化”发展，已成为水产养殖健康发展中的重要内容。水温、溶解氧、光线、酸碱度等等都会影响水产养殖。国外在研究水质检测方面发展较早，德国的WTW公司提出多参数水质检测的系统并运用到大量的传感器。这类产品状况比较稳定，集成度更高，但同时价格也比较昂贵，操作也更为复杂，因此很难在我们国家的小型企业或者家庭农业中进行推广。现如今国内的养殖人员大多使用人工取样来进行水质的检测，此种方法误差较大，时间较长。信息采集的机器也大多从国外直接购买，缺乏硬件技术的支撑，使得投入成本提升，并且研发的传感器与传感网络的抗干扰能力、稳定能力仍然不达要求[1]。无人船有容易操作、体积小、成本少、效率高等等特点。在水产养殖中使用自动巡航船就是通过使用搭载着监控设备的无人船，工作人员可以依据需要对环境进行监测，结合无线传输等技术，从而远程监控水产养殖工作。

1设备硬件与软件设计

1.1硬件与软件的结构

监控一体化的设备依据功能能够分为三个部分：自动巡航与躲避障碍的无人驾驶机动船；分析水质信息与设备监控的终端机器；供信息管理与咨询的服务平台。设备硬件包括船体、主控制板、检测水质的摄像与计算机等等。控制设备的软件有监控系统与监控平台,控制设备的软件包括有上机位监控平台（安装在终端与计算机内）和下机位监控系统（安装在主控制板内）[2]。

1.2船舶的控制板

船舶的控制板是监控系统中的重要零件，其是由两片单片机与外接的多个功能板块组合而成的，有控制水质、检测、处理数据、通信、控制船舶以及发出指令等等功能。单片机使用的是耗能少、可扩展的核心板，用来集成硬件的模板。两片单机片相互进行通信，经从单机片读取船舶的状态信息，输送给主机片。主机片在接受到信息之后，依据不同的数据来源再执行对应的处理。当检测的数据超过设置的范围或监控机器发生故障时会发出警报。keil2是研发单机片的工具，电路板研发的工具是Protel99SE。主控制板能够完成硬件系统的集成化，提升系统防水、防干扰的能力，可以确保系统的稳定，让机器更加适应水产养殖的不同环境。用户通过监控平台设置航行的时间、速度与目的地等情况，每5s自动获取数据。控制板收到指令后，向平台输送数据包，其中包括自动巡航船目前的位置与速度、周围的障碍物状况，之后控制板对信息进行分析，再对船只的控制系统发出指令，控制其向目的地前进[3]。等到自动巡航船到达目的地后，打开自动监视系统待完成工作后前往另一监控点。

1.3水质生态检测

自主制作的生态检测设备使用的是集中控制器与检测的摄像机。集中控制器位于主控制板上，包含水质检测探头控制系统、摄像机控制系统与数据的收集分析系统。前两者能够使用信号线和在水中的检测摄像机相互连接，及时的获得水体与养殖对象的生态信息；后者的系统能够对收集的数据或视频进行储存、分析与输出标准的数字等等。集中控制器使用的是大容量的储存设备与不同种的通信口，使用无线通信系统把收集的信息上传到后台，之后使用Web技术公布至互联网，以此让用户了解养殖的状况，而且为环境控制系统提供数据支持。另外，控制器能够自动识别并改正的能力。Do探头使用的是氧化电极法，依据氧分子通过富氧膜的速率来检测水中Do的数值。pH探头使用原电池法，依据电位与氢离子的对照关系计算出水的pH。这两种检测出的结果都进行温度补偿与盐度补偿。

1.4远程监控技术

用户在计算机与其他终端中装备远程监控的平台，实现计算机与监控船及终端进行通信沟通，及时查看水质生态的状况与船舶巡航的状况，并且对现场的设备进行远程的监控。监控平台使用的是分层的B/S软件，使用信息结合、图像信息压缩技术与报表优化技术等等，从而实现数据的收集、结合与远程管理等等功能。监控平台包括用户登录、控制界面、参数设置与检测船显示等等板块。平台使用融合的技术解析数据，对监测的摄像头进行科学的使用，根据优化标准把检测摄像头进行空间的互补，有利于精确了解环境的性质，深入分析动态的变化情况。并把展现技术与GIS插值分析融合应用到数据的分析中，这也使得结果更加直观，也便于对水产养殖进行科学的调整，从而满足水产养殖者的需要[4]。在水产养殖中，水位调节机器、增氧机等等设备都通过电线与控制设备相连，且都受到远程监控器的全程监控，经监控设备检测后通过无线模块向控制器提出指令，便能够控制设备的开关与其他设置，从而对养殖状况进行精细化的管理。

2试验分析

2.1条件与方法

选择某鱼塘进行监控设备的测试。无人船接受指令为2s左右，船只实际的方向与设置基本一样。35s后能够到达设定位置，定位的误差小于5m。使用监控的装置来获得检测点的水体、pH、DO与ORP的变化数值。在进行数据的收集以后，立刻用商品化仪器进行检测，并且需要更换检测的摄像头还需要进行矫正。另外，自制机器对水质的多个指标进行检测，完成检测总时长不超过一分钟，但SX751检测仪需要对采样后的水质测试，每当测试完一个数据时要改变摄像头才能继续检测，完成检测的总时长需要40分钟左右。这可能是造成检测结果有差异的原因，自制设备的性能与同类机器类似，操作简单，但机器的售价为同类的一半左右。因此自制机器的检测结果更加具备可靠性、便利性且耗时短等等优点。

2.2结果与分析

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招办电话：0532-667824266678247866781723

王牌专业：环境科学、海洋科学、水产养殖学、海洋渔业科学与技术、药学、工商管理、会计学、行政管理、生物科学、生物技术、生物工程、地理信息系统等

大连海事大学

交通运输部所属的全国重点大学，是中国著名的高等航海学府，是被国际海事组织认定的世界上少数几所“享有国际盛誉”的海事院校之一，至今有百余年历史。

招办电话：0411-847272338472430384724305

王牌专业：轮机工程、信息管理与信息系统、物流管理、通信工程、交通运输工程、船舶与海洋工程等

大连海洋大学

2010年，由大连水产学院更名而来。学校是我国北方地区唯一一所以水产和海洋学科为特色的多科性大学。有国家海藻加工技术研发分中心1个，国家级实验教学示范中心1个，农业部重点开放实验室1个。

招办电话：0411-847631568476315784763158

王牌专业：自动化、水产养殖等

上海海事大学

学校是一所以航运技术、经济与管理为特色的多科性大学。学校现整体搬迁至上海临港新城办学。学校设有水上训练中心，拥有万吨级“育锋”教学实习船，“天鹰”、“天琴”两艘无限航区远洋训练帆艇及29艘水上训练艇。

招办电话：021-3828439538284396

王牌专业：航海技术、物流管理、机械设计制造及其自动化、轮机工程、航运管理、交通运输工程等

上海海洋大学

2008年由上海水产大学更名而来，学校目前有临港新城校区、杨浦区军工路校区、杨浦区民星路校区三个校区。2008年学校主体已搬迁至临港新城校区。学校拥有教育部水产种质资源创新与利用重点实验室、大洋渔业资源可持续开发省部共建教育部重点实验室。

招办电话：021-619006076190060861900609

王牌专业：水产养殖学、海洋渔业科学与技术、农林经济管理等

广东海洋大学

学校是广东省人民政府和国家海洋局共建的省属重点建设大学，是一所以海洋和水产学科为特色，理、工、农、文、经、管、法、教等学科协调发展，以应用学科见长的多科性海洋大学，是教育部本科教学工作水平评估优秀院校。2005年，由湛江海洋大学更名而来。

招办电话：0759-2396115

王牌专业：水产养殖学、食品科学与工程、动物科学、食品质量与安全、海洋渔业科学与技术等

浙江海洋学院

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（一）池塘养殖及工程设备发展状况

我国渔业发展中历史最长久、规模最大的生产结构方式就是池塘式养殖结构。据统计，2016年左右，我国共有水产养殖池塘310万公顷，养殖总产量为2320万吨，占水产养殖总量的49%，占水产品总产量的36%。上世纪80年代以来，全国各水产区根据自身的特点和发展能力，开展了池塘养殖生态环境改造工程，着力推广新型增氧设备，初步建立了立体的水产养殖体系。此项工程显著改善了养殖环境，提高了池塘养殖体系的生产水平，降低了生产后可能导致的污染以及生产过程中的各项成本，建立了一批设施齐全的立体式生态养殖体系。但是，这其中大部分为个体渔民和集体企业，其生产规模大多很小。由于缺少大型的养殖场和综合性的水产品养殖公司，致使我国在水产品的品牌创立等工作上进展缓慢。为促进我国渔业的发展，根据我国资源状况，国家确定了“合理利用资源，大力发展养殖业”的渔业方针，将发展养殖业作为我国渔业发展的重心。池塘养殖由于其自身的特性，因此很早之前就向着立体式养殖结构发展。通过研究改造池塘塘埂、进排水系统、护坡等相关设施，建立了细致的工程参数，开展养殖场改造工程土方计算与平衡技术研究，提出工程概算编制方法，通过构建以人工湿地、生态沟渠、生态养殖塘等多种生态结构嵌套结合的立体养殖体系，提高了养殖水体自主净化循环使用的效率。

（二）工厂化养殖及工程设备发展状况

工厂化养殖是目前对陆上水产设备应用得最多的养殖技术，也是引领未来的先进水产养殖发展的生产方式。工厂化养殖具有占地少，养殖周期短、产量高、易于管理、不受季节变化的限制、管理机械化和操作自动化、无污染、效益好等特点。和国外相比，我国的工厂化养殖起步较晚，上个世纪七十年代才通过从国外引进的方式开始进行对此项技术的研究运用。经过近十年的吸收和发展，于九十年代初才正式进入产业化发展的阶段。我国工厂化养殖近几年发展很快。目前，工厂化养殖已经遍及国内除、内蒙和青海之外的地域。山东、辽宁等地的工厂化养殖都达到了一定规模，主要养殖品种为甲鱼、鲟鱼等优质水产品。内陆工厂化养殖主要品种为鳗鱼、中华鳖、鲟鱼、鳟鱼等，海水工厂化主要养殖品种为石斑鱼等鱼类，以及对虾、扇贝等无脊椎类，还有海带紫菜等可食用藻类。工厂化养殖有露天养殖、半封闭循环水养殖和全封闭循环水养殖三种养殖形式。露天养殖全过程依靠开放式流水，用过的水一般不再经过人工回收处理，流水交换量为每一到两周为一个交换周期。半封闭式循环水养殖体系与流水养殖的差别在于，养殖用水并不完全开放，对于养殖废水经过沉淀、过滤、消毒等简单处理后再流回养殖池重复使用。全封闭循环水养殖方式则是在半封闭式的基础之上，对养殖废水根据不同养殖对象不同生长阶段的生理要求进行调温、增氧和补充适当新水，反复循环使用。整个装置除水处理系统外，还附有水质监测、自动或半自动控制仪器等。工厂化养殖是高投入、高技术、高风险的产业。

各地应根据当地具体的条件和自然优势，准确合理地选择养殖产品类型、养殖设施和养殖基地，并做好对产品经济效益的全面分析，采用合理的方式，降低生产成本，提高产能效益。目前我国对工厂化养殖的理论研究虽然越过了最艰难的时期，在世界上依然没有非常突出的成果，只是在建立了相关的理论和技术体系之后不断探索的阶段。还需要广泛吸收其他行业科研人才到水产行业的建设中来，发挥多学科的优势，集中有关化学、环境、饲料、育种、防病、养殖、建筑、机电、管理等学科的研究人员，建立科学合理的管理体系，发展先进的养殖生产设备，研究营养全面且具有一定针对性的水产饲料，实行联合攻关，推动科学和生产的快速发展。工厂化养殖在节约用水和节约用地方面相较于其他养殖方式而言更具有竞争优势。工厂化养殖的发展符合我国人多耕地少、水资源紧缺的基本国情，但也要注意，不能因此就过度神话。工厂化养殖受季节变化影响小，具有产量高、养殖周期短等优势，发展工厂化养殖符合水产养殖现代化、集约化、规模化的发展方向，在城市郊区以及其他有条件有需求的地区可以重点发展工业化养殖。但是要注意，节水减排的要求下，大量循环水型工厂化养殖模式迫切需要对现有的养殖设备进行技术上的升级，其关键在于设备运行效率与各阶段设备之间的结构衔接上的提升。由于目前的循环水净化设备存在着结构之间的衔接不够紧凑、配置标准不合理等原因，不仅增加了改造工程户补贴政策的有效实施的难度，也增加了行业设备标准化的难度。

二、我国陆上水产养殖工程装备的发展

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条件下的工业化技术。我国水产养殖科技水平比起世界先进国家和地区来，仍有不少方面存在较大的差

距。为了使水产养殖业持续、稳定、健康的发展，必须深入研究我国水产养殖业的规律，因地制宜，制

定出适合我国水产养殖的新路子。

关键词：水产养殖渔业因地制宜

1、我国水产养殖现状

我国湖泊水库众多，多年来偏重于开发利用，开发技术日趋成熟，在渔业发展中起到了重要作用，

目前我国的湖泊水库渔业，天然捕捞的比例已很小。在开发的同时，也暴露出一些问题，其中主要是产

值偏低，以及渔业增产与水环境保护之间的矛盾。要解决这两大问题，就必须对现有的渔业结构作较大

的调整。这就对我国湖泊、水库渔业研究提出了新的要求[1]。

2、设施渔业

2.1工业化养殖技术

工业化养鱼的发展始于工厂化育苗，即在人工控制的条件下实现苗种生产。目前，全世界仅对虾育

苗场就有3500座，其中我国也有数百座。当前发达国家正在进一步推进工业化养鱼的发展，以便节省昂

贵的土地费用，节省紧缺的水资源，为社会提供优质的高蛋白食品。目前，工业化养殖的主要发展方式

是封闭式循环流水养鱼，养鱼生产向着稳产高产、科学化、产业化方向迈进，养殖的品种主要是优质鱼

虾和贝类，如鲑、鳟、鲆、鲷、鳗、鲈、鲇、鲟、鲍、虾、甲鱼等不下数十种。

2.2网箱养殖技术

我国海水网箱养鱼发展迅速，是沿海省市渔业增产的重要方式之一，目前已由传统的网箱向抗风浪

网箱扩展，养殖品种主要有大黄鱼、石斑鱼、真鲷等优质鱼和一些地方品种，并在加紧开发一些高附加

值的适养品种。这种养殖方式的特点是，活鱼可供出口，经营相当灵活，取得了较好的效益。

2.3围网养殖技术

围网养殖是利用网片或网片与堤坝、湖岸相结合，在湖泊中围隔一部分水面进行养殖，是我国水产养殖的特色之一。围网将养殖鱼与湖泊隔开，可以提高放养密度、便于养殖管理及起捕，而湖水又可通

过网片交换，维持较好的水质[2]。由于围网养殖强度较大，因此天然饵料提供的营养不能满足鱼类的需要

量，必须投喂补充营养。多数围网养殖是以草食性鱼类为主养对象，可利用天然水草作为廉价饵料，同

时补充配合饲料。近年来也有以河蟹等优质水产品为主养对象的。

3、建议优先发展的重点产业领域[3]

3.1基本背景

水产养殖是我国水产业的两大支柱之一，目前，养殖产量已超过捕捞产量。我国是一个水产大国，总产量已多年稳居世界首位，养殖产量占世界的70%以上。但还不是水产强国，科技竞争力还不强，产业化程度与先进国家比还有较大差距，产业化规模和效益相对落后。针对我国目前的水产养殖环境、技术以及设施状况，急需推进产业化发展，选择对于我国水产养殖业可持续发展具有重要作用的领域优先给予支持。

3.2优先发展的重点产业领域

3.2.1海淡水增养殖技术

对中国对虾、大黄鱼、真鲷、牙鲆和优质淡水鱼等主要养殖对象进行种质资源库建设和优良品种的生产；研究新的蛋白源，特别是植物蛋白源的开发，以解决我国动物蛋白源紧缺问题，并研究低污染饲料、抗病添加剂和免疫增强剂，为健康养殖创造良好条件；选择不同养殖模式的典型水域，通过良性调控，使养殖典型水域的生态环境质量恢复到上世纪70年代以前的水平；构建水产养殖生物亚健康评价、病原及养殖生态早期预警技术体系，构建疫苗、免疫增强剂、植物源药物、天敌生物制剂、养殖生态改良剂等生物安全抗感染技术和生态安全改良技术体系，提出改善水产动植物在养殖保健管理与食品安全的理论依据和技术措施;推广优质、高效、安全的养殖技术，使我国传统的池塘养殖逐步向集约化养殖转化。

3.2.2设施渔业和渔业工程装备

集约化养殖设施:以“系统运行经济性、节能节水无公害、控制性操作、管理智能化、”为目标，运用新技术、新材料，进行系统集成研究和技术运用，推进集约化养殖设施及装备上一个新台阶。重点研究主要生产品种（如罗非鱼、鳗鱼、大黄鱼、牙鲆、大菱鲆、对虾、河蟹等）工厂化循环水养殖（或育苗）系统技术和池塘集约化养殖设施新模式。

网箱养殖装备及设施:重点开展开放性水域深水网箱设施系统、特殊用途海上网箱装备和内湾、湖泊网箱设施研究与生产。

远洋捕捞作业装备和选择性助渔仪器:加强大洋性渔业捕捞装备的研制和生产，解决在国际海洋捕捞竞争中装备条件受制于发达国家的问题，提高捕捞生产效益。加强选择性助渔仪器的研制，关键在以最新科学技术进行应用研究和集成研究，使捕捞作业的目标更准、更有效，从而保护非捕捞对象，修复近海捕捞资源。重点开展大型拖、围、钓作业船工程及装备技术和各种选择性捕捞助渔仪器的技术研究。

水产品流通加工装备的研究和生产：重点开展鱼、虾、贝类自动化处理机械、淡水鱼综合加工技术及装备和水产品电子交易系统和冷链技术的研究。

3.3观赏水族类育种与养殖技术

开展对本土观赏水族种质资源收集、保护，重要观赏水族新品种的培育，海水观赏水族的繁育技术以及人工生态系统技术与设备等研究。建立各种类型的观赏水族准化养殖技术。

3.4水产品现代物流模式与示范

在全国水产品主要集散地，在原有水产品市场的基础上，建立水产养殖物流中心和养殖信息智能系统，做到专业化、优质化、信息化和国际化，并为当地做出示范。

3.5高新技术集成科技平台与“产、学、研”联动平台

以国家级和部级重点实验室作为科技孵化平台，通过大型项目，加大投入，并再建部级重点实验室5～8个，在原有的部级重点实验室中争取2～3个升级为国家重点实验室。对重点水产院校，通过对原有实践基地的强化和优先发展，使其成为省（市）级的“产、学、研”基地，以促进科技成果转化。

参考文献

[1] 徐跑.我国淡水水产养殖业的现状和对策.科学养鱼,2008.09.

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1系统组成

1.1系统概述

物联网是互联网的延伸和扩展，目的是对物理系统进行智能化管理和控制，提高生产效率和资源利用率。随着世界物联网技术和信息技术不断发展、现代农业自动化需求的不断增长，农业物联网在遥测感知、数据传输、智能处理、应用服务等领域取得重要突破，使智慧养殖成为可能。水产养殖智能物联网系统面向集约、高产、有效、生态、安全的发展需求，集水质环境参数在线采集、智能组网、无线传输、智能分析、预警信息、决策支持、远程自动控制等功能于一体，主要由传感器子系统、传输子系统、控制子系统、软件监控平台等组成［2］。

1.2系统成分

1.2.1传感子系统

传感器子系统由服务器、远程数据采集器(RTU)、PC终端、网关、传感器、基站、手机终端等组成，可以实时监测水质的各项信息(光照、水温、pH值、溶解氧、氨氮含量、亚硝酸盐含量等)。RTU采集各监测站位的目标数据后，完成组网、暂存、传输、中转等一系列任务。根据距离的不同，RTU可以通过GPRS或Radio2种方式传输，遥测数采之间可以自组网，承担数据采集、缓存、传输、中继的任务，增加有效传输距离［3］。用户终端为手机或PC机，可以不限时间、不限地点登录服务器，随时了解、统计、处理、分析数据。最新的浊度数字传感器支持MODBUS串行通信，采用散射光原理，抗干扰能力强;采用光纤技术进行可重复的检测，不受环境光线和色度影响，可以有效消除气泡、悬浮物等对测量结果造成的偏差。溶解氧传感器内置温度传感器，自动温度补偿;无需消耗氧，不受流速和硫化物等化学物质干扰;无需电解液，不会凝华;反应快速，测量精准;免于维护，适用周期较长，使用成本更低［3］。pH值传感器配有快速电缆接头，具有防水功能、超长使用寿命和多种安装方式;抗化学腐蚀能力强，整体密封，在有毒离子水溶液中性能良好。

1.2.2遥测子系统

软件平台具有展示实时数据的功能，以满足生产单位大屏幕信息显示的需求。分布式监控子系统通过IP网络和监控中心软件进行连接和数据交互。在大型应用场景中，可以组建二级监控分中心，将现场微环境测控器与监控分中心连接，多个监控分中心再与总监控中心软件进行连接和交互。这种智能监控平台具有多路输入输出、以太网接口和通讯串口，便于与其他仪器设备集成使用。

1.2.3传输子系统

提供有线(RS232/RS485)、无线(GPRS/GSM/ZIGBEE)、北斗卫星传输等多种方式，支持web浏览和配置，同时支持TCP、SNMP等接口方式，通过IP网络与中心软件交互通讯，方便使用和管理［3］。

1.2.4控制子系统

根据传感器采集的环境因子数据，设置相关的发生条件后，可以对增氧机、水泵、电磁阀、风机等设备进行联动开启和关闭，实现远程自动化控制。以增氧机控制器为例，用户能够根据水质参数和现场视频，通过手机APP进行远程启停。

1.2.5终端子系统

终端子系统为用品提供多种选择，包括移动应用APP(Andriod、IOS)、标准电商平台、微商城、小程序、中小企业全渠道电子商务云平台(Saas模式、B2B＆B2C模式等)、区块链溯源及农业物联网综合解决方案等［4］。PC端采用统一的实时在线人机界面、灵活方便的操作方式。

1.2.6预警子系统

针对相关监测指标，以及基于一级监测指标计算的二级指标，进行条件设置，当一项或多项指标达到阈值时，系统发出警报，以短信、微信、电子邮件、网络电话等形式通报目标人群［4］。从业者可及时采取预防应对措施，减少水产养殖灾害损失。

2系统功能

2.1光照监控

光照时间长短、强弱决定着鱼类的繁殖周期、生长状况和生产品质。输入相关模型和算法，光照系统可以自动计算养殖水体中鱼类需要的光照强度，决定天窗的开闭。

2.2温度监控

温度是水产养殖中的重要环境参数之一，包括进水口温度、池内温度、养殖区域空气温度等。智慧物联网系统全天候监测养殖水体温度，当温度高于或低于设定区间时，系统将现场的情况通过短信发到用户手机上，监控界面弹出报警信息。用户可通过远程设置，自动开启水温控制设备，当水温恢复正常值时，系统自动关闭。

2.3溶解氧监控

溶解氧含量与水生动物食量、饵料利用率、生长发育速率等密切相关，当水中溶解氧浓度降低时，智慧物联网系统自动打开增氧泵，保证水生动物必需的溶解氧含量。2.4pH值监控过低的pH值使水体呈酸性状态，极易引发鱼类病变(如鱼鳃病变等)。同时会造成溶解氧利用率降低，水中有害微生物大量繁殖，影响鱼类健康。当pH值传感器探测到水体pH值超过正常范围时，自动开启进水口阀门，进行换水。

2.5氨氮含量监控

养殖池塘中的氨氮来源于水生动物排泄物、饵料、肥料、底泥等。当水体中的氨氮浓度过高时，几乎所有水生动物的生长、发育、繁殖都会受到影响，严重时可能造成鱼类、贝类、甲壳类等大范围死亡，使渔业生产产生重大损失。根据氨氮传感器的实时监测数据，及时对养殖水体进行清洁或换水。

3智慧物联网的发展方向

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一、项目背景

根据对水产养殖基地的实地察看以及和现场技术人员的深入沟通，了解到水产迫切希望通过先进科技手段实现户外鱼塘的水质监控，以便减少鱼因缺氧、水质异常造成大批量死亡的风险，减少人力电费，达到降低养殖成本提高养殖安全性的目的。并以此为起点逐步实现，从依靠传统人工经验的养殖模式，向依靠科技手段的自动化和智能化养殖模式的转变。

物联网的应用在各个领域起着重要的作用。具有环境感知能力的各个类终端、基于泛在技术的计算模式、移动通信等不断融入到不同行业的各个环节，可大幅提高各行业的效率，改善质量，降低成本和资源消耗。目前国家将物联网作为推进产业信息化的重要战略，农业作为关系着国计民生的基础产业，其信息化、智能化进程由为迫切。在此背景下，水产养殖环境智能监控系统得到了大力的发展，并成功试用于一些大型水产养殖企业，实践证明该系统对提高养殖产量、提升养殖成品质量、实现规模化现代化的养殖起到了非常重要的作用。

二、需求分析

水对鱼类，就像空气对人类一样重要，是鱼类生存的必需条件，不同的鱼需要不对同的水质，因此如何选择和调节最适宜的水质，是科学水产养殖的关键。

水产养殖中，以往的水质检测都是人工按固定周期（大约一季度一次），或根本就没有水质检测。目前对水质的判断、分析和调节主要还是依靠人的经验，而这种经验缺乏科学的数据分析、积累时间长、不可复制、无法共享，它严重制约了企业向规模化、集约化、标准化发展的进程。因此建立水产养殖环境智能监控系统，量化养殖经验，使养殖过程自动化，管理模式标准化是大规模水产养殖企业非常关心的事情。

三、水产养殖水质监控的必要性和意义

1.溶解氧的监控

鱼塘水体溶解氧不足的成因：

（1）水产密度过大；

（2）当水体过肥时，水体中浮游藻类非常丰富。夜晚，浮游藻类的呼吸作用异常旺盛，耗氧量非常高，易造成水体溶氧不足。

（3）鱼塘有机物增多，将引起细菌大量繁殖，而细菌大量繁殖也将大量消耗池中的溶解氧，从而引起水体溶氧下降，导致鱼虾缺氧。

（4）水中氧的溶解度随温度的升高而降低，同时高温状态下的水产动物及其他生物的代谢水平提高，耗氧量增高，易造成水体溶氧不足。

（5）水中的还原性物质如硫化氢、氨、亚硝酸颜对氧气的消耗。

鱼塘水质溶解氧要求以及水产生物缺氧表现：

（1）水体中的溶解氧一般应保持在5―8mg/L，至少在4 mg/L以上。

（2）轻度缺氧时，鱼虾表现烦躁不安，呼吸加快，大多集中在表层水中活动，个别浮头。

（3）重度缺氧时，大量鱼虾会浮头，并张口大量吞空气，游泳无力，甚至窒息死亡。

（4）氧过饱和一般无危害，但有时会引发鱼类气泡病

2.氨氮的监控

鱼塘水体氨氮照成的影响：

（1）水体中的氨以分子氨NH3和离子氨NH4+两种形式存在，其中分子氨NH3对鱼虾是极毒的，而离子氨不仅无毒，且是水生植物的较易吸收的无机氮源。

（2）鱼虾氨中毒后的病变表现为肝、肾等内脏受损、出血，红细胞破裂、溶解。鳃粘膜的结构、功能受损，粘液增多，导致呼吸障碍。肠道的粘膜肿胀，肠壁软而透明、出血。粘膜受损后易继发炎症感染，表现为鱼体粘液增多，全身性体表出血，鳃部个鳍条基部充血较为明显，红肿突出。临床主要症状为鱼虾在水表层不安游动，死前口张开，眼球突出，体表广泛红肿出血。

（3）鱼塘水体氨的浓度长期过高，最大的危害是抑制鱼虾的生长、繁殖、表现为鱼虾的生长速度降低，抗病力减弱，严重中毒者甚至死亡。

要定期检测鱼塘中的氨氮指标：

（1）制订适宜的放养密度和合理的搭配模式，合理利用鱼塘空间，避免盲目追求不合理的高密度。

（2）定期泼洒“底安”，通过底质和水体的不断循环，残渣、粪便等物质的沉积所产生的氨氮，并配合使用“活水素”、“护水宝”等通过微生物代谢、物理吸附等作用降低氨氮，防止其对水产动物造成危害。

（3）泼洒“底改王”、“底安”等高ORP的产品，不但可以对水体消毒，氧化水体中的氨氮，降低危害。

（4）水质老化，有机物悬浮、池底粪便，应适当换水，及时排污，尤其是虾蟹育苗时应将池底污泥彻底排掉。

（5）夏季高温季节，水体PH值高时，适当开增氧机，搅动水体，使分子氨含量高的上层水与较低的下层水混合，降低上层水中的氨分子的含量。

3.PH的监控

鱼塘水体PH造成的影响：

（1） 如果水的碱性过强，不适应的鱼类，其鳃组织会受到烧伤，影响正常的生活，鳃部的不正常往往会被看做是有鳃病（鳃丝出血，皮肤肿胀，会产生一层透明的粘液，长时间会窒息死亡），且易被寄生虫所寄生。如果水的酸性过强，会使鱼体代谢减速，影响对食物的消化，往往吃的很多却生长缓慢，如果长期生活在老酸水中的鱼，神经系统和呼吸系统会受损，因此出现身体震颤，一侧向一侧倾斜，出现痉挛现象。

（2） 鱼体的排泄物及剩余饵料的腐败，分解产生的负价氢离子，都可以使水质逐渐变酸，使鱼体代谢发生障碍，并伴随产生硝酸盐，使鱼中毒，当不能忍受时，变中毒死亡。

（3）露天养殖场，极容易受当地酸雨影响，造成鱼塘水质偏酸，从而造成严重的养殖损失。

五、解决方案

1、技术特点 ：

本系统的关键技术是如何通过工控机实现数据的采集、传输、存储与，并为运营商或用户提供浏览访问和远程调用。通常与互连网连接可以通过二种途径：有线接入方式：这在有些场所，例如距离社区较近，有线接入方便，或在特殊情况下通过专线连接等。本系统目前主要采用了GPRS无线移动通信技术，可实时将采集的数据传送到运营中心，或根据您的设定，将报警信号发送到你的另一个终端，以便您及时采取有效措施，防止损失的发生。

2、总体设计 ：

鱼塘水质监控系统也可以远程控制输氧设备及时补充水中的氧气，或远程启动水温调节装置调节水温，也可适时扩展其他控制功能，如循环水设备、投饵机及其他设备的远程控制。系统操作方便，系统界面简明直观，易于非专业人士特别是基层水产人员学习掌握。实践证明，采用此类远程监控系统，并结合必要的水质监测仪器和相关水产设备后，可极大提高水产基地的生产管理水平，可随时随地监控各种水产品的生长环境和设备的运行状态，从而达到增产、节能、减轻工人劳动强度的效果。

监控室设备系统组成 ：

监控室水质远程/无线监控系统主要由工控计算机、水预处理器、现场专用水质监测仪、专用无线数据采控仪（GPRS RTU）、水产监控软件组成（以下主要介绍专用水质监测仪、专用无线数据采控仪器RTU和水产远程监控软件）。

通过RS―485总线将数字传感器（也可采用数模转换器）与专用分析仪连为一体，构成现场监控单元。专用分析仪：COD分析仪、氨氮分析仪、PH分析仪、温度测量仪。可现场接入多路模拟量、开关量、继电器信号等数据。然后通过GPRS无线模块将现场数据与运营中心远程控制中心连接，将采集数据实时发送到远程数据库服务器，并存储到数据库中。 通过该系统，即使在远离观测现场的异地，也能方便地对鱼塘环境要素如温度、COD等环境数据的采集读取，真正实现了远程监测和数据共享的功能。除数据远程采集、实时监控外，系统还可实现远程报警，并通过用户终端远程控制现场设备。

3、功能特点

本系统是我司在结合国内外同类产品优点的基础上研制，适用于各类鱼塘水的水质监控与循环处理。

其主要功能为：

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随着水产养殖业的不断发展，养殖密度不断加大，一味地追求高产高效的养殖措施，养殖户往往将精力全部投入到如何提高水产养殖量与产量上，忽略了鱼塘养殖的污染问题，从而影响了鱼类养殖的产量与质量。因而，水产养殖户必须重视鱼塘养殖的污染防治问题。

一、鱼塘养殖污染的原因

弄清楚鱼塘养殖污染的原因，是鱼塘养殖污染防治的关键所在。鱼塘养殖污的原因主要是投喂饵料过剩造成的污染、长期不清塘造成的鱼池污染和过量施放药物造成的鱼池污染。

1.鱼池污染。养殖池塘长年不干塘，底部淤泥积累 池塘既是养殖鱼类及其他水生生物生长的环境，又是其分泌物、排泄物的处理场所，由于养殖生产过程中大量进行投饲后，残饵及水生生物的粪便、尸体、死亡藻类不断增加而又无法排出池外，沉积于池底，在池塘底部形成层黑色淤泥。淤泥中的有机物在缺氧条件下发酵分解产生大量的不利于鱼类及水生生物生长的物质，如氨、硫化氢、甲烷、 氢、有机酸、硫醇、低级胺类等，这些物质不仅直接危害养殖 鱼类及水生生物，而且会使整个池塘环境的水质恶化，pH 值降低，从而影响养殖品种的新陈代谢和生长发育，导致饲料系数增大，养殖成本升高，甚至引起养殖品种中毒死亡和泛塘，对养殖周期的经济效益造成巨大损失。

2.过量施放药物。过量施放药物造成鱼塘污染药物的过量施放也是造成鱼塘污染的原因之一。很多养殖户不了解药物的副作用，在经受过池鱼的病害后，就根据经验认为要早预防，于是就大量施放各种药物，但是方法和剂量又不对，这样反而造成药物残留，使水质受到污染。事实上，各种药物只对相应的一些病况具有良好作用，但同时又会有相应的残留物和副作用，乱用药物或不科学施放药物，特别是在鱼类疾病中大量使用的抗生素，会在很大程度上破坏水环境的平衡，都会造成鱼类免疫力降低，更加导致各种疾病的发生。

3.饲料污染。投饲料过多所致的饲料污染由于目前单个鱼塘的养殖量与密度均较大，因此投饲量也往往较大，投饲方法错误或投饲量过大都会造成饲料污染，目前投放的鱼类饲料大都以植物青料为主，营养并不全面，所投的饲料为鱼类食用的占少数，多半都沉入并腐烂于池塘底部，这样就进一步增加了池塘的污染物，污染了水质，造成了鱼塘养殖的污染。

二、鱼塘污染的防治技术

1.定时清塘和消毒。定时清塘可以有效杀灭池塘中的致病菌、寄生虫及孢子等，同时还可以改善池底土质。苗池必须1年干塘1次，成鱼塘2-3年 干塘1次。方法：年底干塘，清除池塘底部过剩的淤泥，然后进行曝晒，再用漂白粉或生石灰或茶麸进行一次彻底消毒（使用量： 漂白粉15kg/亩；生石灰125kg/亩；茶麸60kg/亩）。通过干塘可以使沉积于池底的硫化氢、氨气等有害物质氧化成硫酸根、硝酸 根，分解为无害物质，并作为植物生长的很好肥料，改善水质和池底条件。池塘淤泥清除后，有害物质和致病因子减少，是健康、无公害、可持续发展水产养殖的前提。

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在水产养殖工业中，循环水养殖技术在悬浮颗粒物体中有平均的相对密度大于水密度的主要原因，只有使用自然沉降法才能去除污水中大颗粒物的工序。使用水力旋流器可以去除87%粒径以上的悬浮固体颗粒物。只有利用好沉降柱对养殖污水固体颗粒中进行一定的去除分离才能有效的达成沉淀技术去除养殖污水颗粒物的有效分离，实现进一步的净化。过滤技术主要依靠过滤设备对养殖污水进行固液分离，做到去除污水净化水体的重要作用。常见的机械过滤设备主要有固定筛、振动筛、旋转筛还有近些年广泛使用的滤膜技术，过滤设备主要是反冲洗设备和反冲洗。不仅能够提高设备的固液分离速率，还能使得设备的寿命得到延长，只有降低成本，使这种技术被更多的人广为运用才能更好的推动水产养殖技术。目前国内养殖系统中普遍使用的是弧形筛它由一端向外推广为另一种微筛过滤器。同时也是无动力消耗，成本维护较低，维修器材结构单一，因此，自动化程度低，需要人工进行每天的清洗。旋转筛和固定筛在整个生产养殖过程中使用比较少，一般较为常见的是砂率器，它主要采用一定粒径的填充介质留住孔隙中的固体颗粒物。

化学絮凝技术、臭氧氧化技术、紫外线照射消毒技术是水养殖处理技术中三项主要的化学办法。通过化学制备技术的使用，化学絮凝技术的主要原理是在水体污染物中投放化学药物与之进行化学反应，经过沉淀析出，在吸附、浮选等操作手法进行一定的分离。最后由水体污染物的氧化进行一定的无害养殖，达到净化水体的作用。臭氧氧化技术有较强的氧化功能。并且通过水产养殖系统进行消毒改善水质。研究表明，臭氧对废水中的总氨、亚硝酸氮等物质有一定的去除效果。并且可以抑制细菌的增长，促进藻类的提升，只有提高叶绿素的有机含量才能将臭氧水进行很好的处理。臭氧残留的物质对水体的危害有很大程度的影响。专门设置去除残留的装置，采用一定的活性炭对臭氧进行吸附。臭氧作为可以降解的膜作为一种本质污染的物质，可以导致微生物细胞液的融出，通过硝化进行碳源反应。只有在水养殖中杀死灭丝菌才能防止污泥出现膨胀。

臭氧的低排放量可以促进水体污染中颗粒物的反应，并且促进絮凝反应。只有将臭氧处理技术作为一项实际情况投入生产才能很好的进行运用。根据紫外线照射的消毒技术来看，在水产养殖过程中，被破坏的臭氧杀死了病菌才能进行低成本还不带毒性的水产养殖环境。利用生物过滤法进行转换养殖水技术溶解的有机物和无机物在水产养殖技术中称为生物法。采用较多的植物过滤技术和生物膜过滤技术进行溶解。利用植物进行光合作用将无机氮转换为磷有机物的过程称为植物的过滤过程。只有在一定的水产养殖技术中进行植物过滤技术并且进行一定的海藻过滤技术才能形成高品质的过滤技术。这项技术的实施是淡水养殖技术应用的处理减小，只有在海水养殖中采用大型的藻类养殖技术，才能在红藻、红皮藻进行一定的污水处理。近年来，只有将微藻作为主要关注的对象，才能很好的发挥其效能养殖技术中需要注意的是有机物和无机物以及其他的营养物质，这也是水培营养物质生长所需要的关键。

充分掌握水培植物养殖法，可以很好的去除水中多余的营养物质。水培养殖技术是水循环技术中水产养殖系统和蔬菜花卉的生产栽培养殖系统。因此，组成了复合生物系统。这项系统中的水中溶解性营养污染物可以去除固定的养殖污泥，人工湿地中的人工基质进行水产生产时，水中植物和微生物进行独特的植物微生物生态系统，湿地净化技术只有充分利用化学物理生物这三门学科空间的处理方式才能进行一定的处理，并且进行一定的维护和低成的使用，才能更好的实现抗负荷性能好的主要功能。

作者：柳树震单位：天津市滨海新区大港水产服务中心

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2数据采集功能

无线传感器模块是养殖环境监测系统的基础，在养殖池适当的区域安放温度、溶解氧、pH值及光照数据的无线传感器网络节点，准确采集水产养殖环境的数据信息。无线传感器模块的设计框图如图2所示。图中包括传感器、处理器、通信功能以及电源4个子模块。由于实际要求的差异，无线传感器模块4个子模块的硬件构成不尽相同，然而各子模块的功能基本相同。传感器子模块实现养殖环境的数据采集功能，并将采集到的信息转换成处理器可以识别的信息；处理器子模块调节整个无线传感器模块的工作状态，完成对自身采集信息和来自其他模块数据的处理，并实现与其他模块间的信息交流；通信功能子模块完成与其他模块间的信息通信以及收发采集到的数据；电源子模块主要负责提供模块正常工作需要的能量，一般使用微型电池。本文选用Ateml公司生产的AVR系列高性能、低功耗8位单片机ATmega128L，该芯片是一颗真正的系统芯片；在芯片内部集成了128KB的可编程闪存，具有独立锁定位、可选择的启动代码区进而通过片内的启动程序实现系统内编程，同时，其电压工作范围为2．7～5．5V。传感器采集到的数据信息通过AT－mega128L进行AD转换为数字信号，由无线通信模块负责将得到的数字信号输出。

3信息通信功能

3．1无线传感器网络

无线传感器网络的拓扑结构采用星网结合，各个采集点单独形成局部的无线传感器网络，通过中继节点将局部网络传出的数据汇聚传送到信息中心。各个采集点的无线传感器网络中都布置了传感器，这些传感器负责完成养殖环境的信息检测，即对池水温度、溶解氧浓度、pH值以及光照强度的信息采集。传感器采集到原始信号后，只有将模拟信号转换为数字信号才能通过无线网络进行传输，转换过程需要模拟信号放大器、A／D转换器、信号处理器等。传感器节点通过自组织功能将采集到的数据以单跳或者多跳的形式发送给中继节点。

3．2Wi－Fi传输

通常架设无线网络的基本配备是无线网卡及一台AP，足以实现无线模式，架设费用和复杂程度远远低于传统的有线网络。中继节点汇集到信息后通过Wi－Fi无线网络传输到信息处理中心，通过Wi－Fi接入点实现无线传感网之间的信息通信以及数据处理功能，Wi－Fi接入点既有普通站点的特点，同时可以实现接入到分配系统的功能。

4信息处理中心

4．1数据库管理

应用软件使用ADO设计连接ORACLE，具有采集信息的存档、当前或者历史信息的检索功能，实现对采集点采集到的数据的处理与存储。ADO设计开发中采用了较多的Command对象，同时采用ANSISQL语句实现对数据库的控制。鉴于实际操作中数据库中需要存档的数据量较大，因此数据的访问能力非常重要。而Command类的重复应用性比较好，可以把数据库的细节封入SQL里，当数据链表的内容改变时，可以只改正SQL语句就可以保证应用程序架构的稳定性。

4．2监控系统

为提高养殖人员对养殖环境的监视效率，本系统提供了良好的人机交互模块，含有信息实时显示、数据的历史查询模块、巡检人员的路径显示模块等功能。